家庭用

風力・太陽電池

ハイブリッド発電

 

経緯

かって風力発電の立地調査を担当する会社に関係していたこともあり、また、たまたま風と太陽光の強い所に住んでいるた め、自家用の風力発電と太陽電池発電をして見たいと考えていた。2001年12月近くの住宅展示場で小型風 力発電機を展示しているのを発見。日経に出ていたゼファー(Zephyr)というベンチャーの製品であった。定格出力400wのウインドタービン、最大出力 22wのソーラーセル、バッテリー、150Wインバーター、コントローラ、買電切替スイッチ、タワーのセットで30万円であった。仙丈岳の仙丈小屋伊東港白石マリーナ、鎌倉の養老施設清和由比に設置されているものと同じものだ。

米国のサウスウェストウインドパワー社製のウインドタービンは直径117cmのカーボンファイバー製の3枚固定羽であ る。風の強さに応じねじれて風を逃がす設計となっている。自己平衡性を持ってきるわけだ。発電機は永久磁石3相12極交流発電機である。グラム当り700 円もするネオジム・アイアン・ボロン合金のマグネット12個が回転子の周囲に配列されている。コイルは外周に固定してあり、紫色の3相のリード線が見え る。ネオジウム合金は住友金属製。発電機本体の製造組み立ては中国でおこなっているとのことだ。発電機のハウジング内に3相整流器が入っていてここで直流 に変換される。

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永久磁石3相12極交流発電機

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三相整流器

コントローラは最大回転数を制御し、発電機のコイルを短絡すれば電磁ブレーキとなる。ソーラーセルは米国シーメンスソー ラー社製単結晶シリコン、バッテリーは米国コンコルド社製。吸水性グラスマット(AGM)方式を採用した完全密閉型でメンテナンスフリー。電極はディープサイクル型で長寿命である。DC-ACインバーターは売電する意図はないので擬似サイン波を 発生させるものである。照明に使える品質である。

システム構成 (黄色は2次改造のDCタイマー設置、グレーのACタイマーはスタン ドバイとする)

2002年は資金難でパスせざるを得なかったが、2003年にイラク戦争で中断した海外旅行費用を転用して、イザ発注し ようとすると30万円モデルは能力不足のため発売停止したという。実効発電量570Wh/dayは前と同じだが、風などの実情にあわせバッテリー、ソー ラーセル、AC-DCインバーター能力を増強したのだそうである。ソーラセルはキョーセラ製の97cm x 112cm=1.09m2、 出力128W、117W/m2、エネルギーの転換効率はIEC60904-1 AM1.5放射照度=1kw/m2に たいし11.7%、米軍仕様の完全密閉12V、210Ah(2.52kWh)バッテリーはカルフォルニアのコンコルド社製、日本製のインバーター連続出力 は350Wである。これが最低限のセットで売っている。ステンレス支柱、電気盤、ケーブル一式含め、50万円とのこと。

しかしお勧めは風車停止中も毎分6秒間バッテリーで風車を強制回転させ、たまたま風が吹いていればそのまま発電を続行す るというパワーアシスト機能を追加したシステムという。定格450W (風速12.5m/sec)の風車も風が弱くなって一旦停止するとコギングトルクが あるため、かなり風が強くならないと回り始めない。これを改良してよく回る風車にしたという。20万円追加となる。ベイサイドに置いてある大型ヨットも本 装置を装備しているが、強風時の風車の独特の風切り音が30メートル範囲内で聞こえるので騒音公害にもなることを心配していたが、風車の回転速度の上限設 定値を1,750回転に設定していて安眠妨害にならない。

だいたい定格の12.5m/secなんて風はめったに吹かない。平均すれば3m/secがいいところだろう。このときの 風車出力は10W位。太陽電池は夜は出力ゼロ。というわけで実効発電量570Wh/dayという値は妥当のように見える。現在使用中の夜間自動点灯の 13W保安外灯を連続12h点灯すれば156Wh/day消費になるので充分だ。いずれにせよバッテリーが空になれば東電系統に自動切換えになる。東電の 原子力事故で発電がとまるなどの非常時は保安外灯を止めれば、100Wの照明を3時間つかえるという計算。常時使用するとすれば23.8Wとなるので冷蔵 庫には使えない。

個人を会社に見立てて70万円の60%を金利4%の銀行借入でまかない、残り40%の自己資金の利回りを8%として発電 事業をすると仮定すれば、修理費、保険料、所得税も含め、自分の人件費はゼロとしても年間あたり投資額の11.18%を償還できる発電単価となり東電から 買う価格より大分割高となる。

サステナブルな生活様式への転換のための心意気と2003年6月、パワーアシスト型を発注することにした。不合理な検査 基準を放置し、無視した原発定期検査の不祥事にともなう夏の不測の停電にそなえようという隠れた動機もある。

工事

発注後インバーターの入荷待ちで納品まで2週間かかった。8個の梱包を全て空け、不足・破損部品はないかチェック、異常 なし。居間に設置するリモートコントローラとガレージ内に設置する配電盤を結ぶ標準6メートル長のイーサケーブルは長さが不足するため10メートルを追加 発注する。

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組み立て中のウインドタービン

 

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ソーラセルと組み立てたタービンブレード

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ガレージ内に設置した制御盤(制御機器、インバーター等収納)

 

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ガレージ内所定位置に納まったバッテリー

ウインドタービンとソーラーセルの設置場所はコンクリート製の1坪陸屋根物置の上とすれば素人でも工事しやすい。ウイン ドタービンとソーラーセルの設置架台はステンレスパイプと亜鉛メッキ工事用足場組み立てジョイントで組み立てるものだから全て現場合わせで精度はあまり要 求されない。末広がりのアンカーボルトでスイス製のプラスティック・ブラケットをコンクリート基礎に固定する設計だ。プラスティック・ブラケットがステン レスパイプをラチェット止めする。ここらへんの工夫はさすが。

メーカーは屋根の防水層に穴を開けないためには70kg以上のコンクリートブロックを4個屋上に置いてそこにドリル穴を あけることを推奨している。風速60/secに耐えるには70kg以上必要とのこと。しかしそのような重いコンクリートブロックは市販されていない。やむ を得ず厚さ10センチの陸屋根に直接振動ドリルで穴をあけることにする。末広がりアンカーボルトを打ち込む前にシリコンシーラントを穴に注入して雨漏り防 止とアンカーボルトの防錆としよう。コンクリート穴あけ用にDeWaltの振動ドリルと直径8.5ミリのドリルビットを購入する。アンカーボルト穴を正確 に穿たないとアンカーボルトのワッシャがプラスティック・ブラケットに触れて、傷をつけるのではと心配ではある。

ウインドタービンの出力ケーブルは2.5メートルのステンレス支柱の中を通し、支柱に設置するジャンクションボックスで 制御盤と連結するメーン・ケーブルと連結する。ケーブルは電流が大きいので太い。予備組み立てなどして、組み立ての段取りを考え、ケーブルの端末保護など をあらかじめして、梅雨ながら一瞬の天候のよいときに一挙に組み立てた。ケーブルを短絡させておくと、風で風車が回ろうとするとき電磁ブレーキ作用により ゆっくり回転するだけになる。仮に電磁ブレーキが利かなくとも、高速回転時にはブレードがねじれて失速し、過度な高速回転はしないように設計されていると いう。それでもブレード先端は秒速120メートルに達する。

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設置したウィンドタービンとソーラーセル

バッテリーとの結線はまず制御機器とバッテリーとの連結から始めるが、レンチなどが作業中に端子にふれてショートしない ように端子をテープでカバーする。次にソーラーセル、風車の順でメーンケーブルに結線する。風車の結線の時はブレードを押さえている間に短絡線を外して結 線する。風車から出ている3本のリード線の1本はアース用である。

試運転

入荷5日後に最後の結線も終わり、ソーラーセル、ウィンドタービンとも問題なく稼動することを確認。設置場所が良かった のか風車は風を受けてよく回る。当面最高速度を1,750rpmに設定してあるが、最高速度では独特の鳥の囀るようなヒュルヒュルという音を発する。

試運転の結果、逆接続した信号ケーブルのとりはずし、誤製作した信号ケーブルの交換、信号ケーブルに端末処理の追加、初 期故障したリモートコントローラーの交換を要したことになる。グリーンウッド氏が長年担当した大型プロジェクトでもよく発生した人間的なミスと少量生産に 必然的に伴う設計上の微調整である。プロジェクトでは多量生産品のような製品の検査体制も作れず、また設計も充分枯れていないためである。メーカー公表の設置 事例182件(風車自体は数千台)中、個人向けキットを購入した個人は船舶をいれてもまだ17件(本件と堀江謙一氏のモルツ・マーメイドIIも含 む)と少ないことからもわかる。詳しくは詳細試運転報告を 参照してください。

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光センサースイッチ

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自家発電で点灯する軒ランプ

自家発電で発電した電力は屋外の13W x 1個の防犯灯に使う。現在使用中の光センサでスイッチを入れ、タイマーで所定時間点灯後スイッチを切る方式は50Hzの擬似サインウエーブでは60Hzの モーター式タイマーが正常に作動しないという。クオーツ式タイマーを探したが入手できないので光センサー機能だけの中国製のセンサーをガレージの天窓の下 に設置した。センサーの待機電力もバカにならなく、センサーに触ると熱を感じる。数ワットであろう。このセンサーは擬似サインウェーブで作動することを確 認。

風車の立地

耐用年数とインバーター損失

設置後、初めの4年間はバッテリー電圧低(11.5V)での商用電源への自動切換えは高価なバッテリー寿命を短くするた め、バッテリーの電圧が12.0Vに下がったら手動でインバータースイッチをオフにしていた。1年間におおよそ35日だけ商用電力に切り替えて防犯灯の負 荷を減らしてやれば、ほぼバッテリーが空になることはない。長期不在のときは事前に風車は手動停止し、インバータースイッチ手動オフとすることにしてい た。

しかし4年目の2007年の夏、突然電圧が12Vで減電圧保護回路が作動するようになった。気温にもよるが、それまでは 11.5Vまで使えたのである。そのうちに12.5V位で過充電保護回路も作動するようになった。そうこうしているうちに減電圧保護回路も過充電保護回路 も作動しなくなった。ディープ・サイクル・バッテリーの寿命はもっと長いと期待していたのだが、毎晩フルスイングの使用をしたため、早く劣化したのだろう か。 風車、ソーラーセルは問題ない。EDOの耐久試験ではソーラーセルの15年後の出力は新品の90%以上だという。

交換用バッテリー価格は12万円である。交換の手順を教えてもらって自分でも交換できるが、腰痛の身には辛い。バッテ リー交換作業も依頼したらついでに、減電圧保護回路の設定点を少し上げたコントローラと交換して寿命の延命を計りましょうということになった。それまでは 風車にはブレーキをかけて待機した。

メーカーの取り扱い説明書によれば、バッテリーのライフサイクルは放電深度によって下図のように変わるという。(気温 25oCのとき) なお電圧は13-14Vを発生させるソーラーパネルが活動していない夜の電圧である。

今までのように過放電保護回路負荷オフの設定点を11.5Vとすれば、フルスイングの放電深度は80%となり、500サイクルで寿命がつきてもやむをえな いという。実際には1,460サイクル(4年)で寿命がつきたので、平均放電深度は36%位となる。12.5V-12.0Vでの放電スイングに相当する。

今回のバッテリー交換ではバッテリー寿命向上のために過放電保護回路負荷オフの設定点をユーザーが変更できるハイブリッドコントローラー(CP-7L)に 無償で交換してもらった。そして設定点を12.2Vとした。これで12.8V-12.2Vでの最大放電深度は50%となる。

風車にはブレーキをかけて1ヶ月待機したため、軸受けの潤滑油が固まり、無風状態では風車はパワーアシスト機能だけでは動かず、手動でまわしてようやく動 き出した。

ハイブリッドコントローラーを替えただけでは最大放電深度しか制御できないため、AC100V、13Wの蛍光灯を低電力のものに交換しなければならない。 8Wの新型蛍光灯と12個のLEDをアセンブルした2Wの口金E26の電球を購入して試用してみた。

2WのLEDの明るさは5Wの白熱電灯の明るさというが少し暗い。寿命は20,000時間という。1日12時間点灯で1,660日(4.5年)の寿命だ。 LEDはまだ高価で3,000円した。

さてバッテリーの容量は210Ah(2.52kWh)であるから

消費項目 時間(h) 放電量(%) 消費電力(W)
パワーアシスト+制御機器 6 2 8
パワーアシスト+制御機器+インバーター+光センサー 13 16 31
パワーアシスト+制御機器+インバーター+光センサー+2WのLED 11.5 20

44

パワーアシスト+制御機器+インバーター+1.5Wタイマー+8W蛍光灯 3 8 67

パワーアシスト+制御機器+インバーター+光センサー合計31Wよりパワーアシスト+制御機器の内部消費8Wを差し引くとインバーターと光センサーの待機 電力は23Wとなる。仮に光センサーの待機電力を2Wとするとインバーターの損失は21Wとなるのでインバーターの効率は8.7%である。AC-DCイン バーターの定格出力は350Wだから負荷率は0.6%である。

パワーアシスト+制御機器+インバーター+光センサー+2WのLED合計44Wよりパワーアシスト+制御機器の合計8W、光センサーの待機電力2W、電灯 の消費電力2Wを差し引くとインバーターの損失は32Wとなるのでインバーターの効率は11.1%である。AC-DCインバーターの定格出力は350Wだ から負荷率は1.1%である。

パワーアシスト+制御機器+インバーター+1.5Wタイマー+8W蛍光灯合計67Wよりパワーアシスト+制御機器の合計8W、タイマー1.5W、8W蛍光 灯の消費電力8Wを差し引くとインバーターの損失は49.5Wとなるのでインバーターの効率は16.1%である。AC-DCインバーターの定格出力は 350Wだから負荷率は2.7%である。

以上のように整流損失のため、インバーターの効率は低負荷程低い。定格効率を80%とすると、下図のようになる。負荷率数%での効率は20%以下である。

AC-DCインバーターの性能

さて2WのLEDを使えば、冬季の点灯時間15時間では放電量は26%、夏季の点灯時間10時間では放電量は17%、平均21.5%であるから寿命は 2,400サイクル(6.5年)となる。

8Wの蛍光灯を使えば、平均放電深度が21.5 x 50/44=24%となるからバッテリー寿命は2,300サイクル(6.3年)となる。

タイマーと8Wの蛍光灯を組み合わせ、21:00から03:00までの6時間点灯にセットすると18:00-21:00帯は44Wx3=132W (5%)、21:00-03:00帯は67Wx6=402W(16$)、03:00-06:00帯は44Wx3=132W(5%)合計26%の放電量とな る。バッテリー寿命は2,200サイクル(6年)となる。

13Wの蛍光灯と2W光センサーの組み合わせではAC-DCインバーターの負荷率は4.3%であるから、インバーター効率は20%となる。従ってインバー ター入力は75Wとなる。これを12時間使えば平均放電深度は36%となる。バッテリー寿命は1,400サイクル(3.8年)となり実績の寿命4年とほぼ 一致する。

 

ソーラーセルの転換効率

ソーラーセルの受光面積は107cm x 94cmでちょうど1m2である。IEC60904-1 AM1.5放射照度は1kW/m2であるから128Wの出力は転換効率は12.8%ということになる。

 

ソーラーセルの年間発電量

年間発電量は

年間発電量=128W x 24h/d x 365d/y x ジェオメトリックファクタ x ウエザーファクタ x 利用率=160kWh

ここでジェオメトリックファクターは太陽に正対するソーラーセルの出力を1としたときの年間平均出力である。設置場所が北緯35度18分、東経139度 30分であるからソーラーセル設置角度は緯度と同じく35°とした。春分と秋分の日の正午がソー ラーセルが太陽に正対する時となる。春分の日の日の出は5:44、日没17:55、秋分の日の出は5:30、日没17:38であるから散乱光を無視すると 一日の出力変化は次式で表せる。夏至と冬至は上下に23.4°ふれ るので平均値補正する。

出力変化=sin(p x (t-5.73)/(17.92-5.73)) x cos(p/180 x 23.5/2)

するとジェオメトリックファクタは0.3162となる。

北緯L35度18分、東経139度30分における設置角度35度のソーラーセルの春分・秋分の日の出力曲線

曇天や雨天では出力は大幅に低下します。ウエザーファクターは日本では年間平均として0.45程度とした。利用率は 100%である。

カタログの実効発電量570Wh/dayより少なく517Wh/day。

 

発電単価

電圧表示をみている限りでは発電量も電力消費量もわからない。無発電時のバッテリー電圧でどのくらい放電したかわかるだけである。立地が海岸に面した急斜 面上でかつ裏山を背負っているため、北風が頭越しに吹き、海風しか利用できない。風速7.5m/secで100W発電できる時間が8時間継続する日が10 日に1回あるくらいであるのでこれで年間発電量を28.8kWh/yearと推算した。

風車の12.5m/secの公称発電能力450Wからベッツの方程式を 使って逆算すると風車と発電機の総合効率が56%となった。大型の3枚羽の風力発電の水平軸プロペラ型の風車の効率は76%といわれている。仮に小型羽の 効率を70%と仮定すれば。DC変換整流器損失を含む高周波AC発電機の総合効率は80%となる。発電機と整流器の効率はそれぞれ90%位となる。

風車パワーアシストと制御機器の内部消費は8Wと小さいが、1%位の低負荷でのAC-DCインバーターの転換効率が12%と低いため、内部消費や損失のほ うが正味出力より大きい。またバッテリー満タンによる発電機会損失は曇・雨の時もバッテリーを過放電させないために必要な無駄である。

30年間運転するとして4%の割引率で均等化した資 本回収率は10.48%である。年間総発電量は189kWhであるからバッテリーを除く発電単価は328yen/kWhとなる。

項目 単位 数値
風車年間発電量 kWh/year 28.8
ソーラーセル年間発電量 kWh/year 160
総発電量 kWh/year 188.8
1日の平均発電量 Wh/d 517
正味出力である8Wの防犯灯を年間365日間6時間点灯 kWh/year 18
夜間のパワーアシスト+制御機器+インバーター損失+光センサースイッチ合計 42W、12時間 kWh/year 183
昼間のパワーアシスト+制御機器+インバーター+光センサースイッチ合計31W、 12時間 kWh/year 136
買電 kWh/year 148
バッテリーを除く初期投資額 yen 590,000
年間ネット・キャッシフロー/バッテリーを除く初期投資額 %/year 10.48
バッテリーを除く総発電量ベース発電単価 yen/kWh 328
バッテリーを除く8Wの正味出力ベース発電単価 yen/kWh 3,435
バッテリー更新費上乗せ分 yen/kWh 543

2WのLEDを使うと、バッテリーを6.5年毎に更新するため、バッテリー更新費上乗せ分は(120,000/6.5) /(2x12x365/1000)=2,107yen/kWhである 。

8Wの蛍光灯を使うと、バッテリーを6.3年毎に更新するためバッテリー更新費上乗せ分は(120,000/6.3)/ (8x12x365/1000)=543yen/kWhである 。

13Wの蛍光灯を使うと、バッテリーの寿命は4年である。したがってバッテリー更新費上乗せ分は(120,000/4)/ (13x12x365/1000)=526yen/kWhである 。

このように正味出力ベース発電単価はバッテリー更新費を考慮しても正味出力を増すほうが発電単価は下がるが、あまり意味はない。むしろ設備投資を押させる ほうが家計には望ましい。8Wの蛍光灯では発電能力の余裕がなくなるのでタイマーを組み合わせ、防犯に必要な時間帯だけ8Wの蛍光灯を点灯すればよいだろ う。冬の発電量が不足するときは点灯時間を短くし、夏は長くすることで対応できる。

8Wの蛍光灯を使うと、バッテリーを除く8Wの正味出力ベース発電単価は3,435yen/kWhでバッテリー更新費上乗せ分は543yen/kWhとな るためほぼ4,000yen/kWhということになる。大きすぎるインバーターを低効率でつかうからこうなるのだ。

 

LEDライト

2009/3になってようやく2W消費電力で40W相当の明るさを出すAC100VのLEDライトが商品化された日亜化学製で定格4万時間の寿命とのこ と。ただ価格も法外で7,480円である。これで夜間の点灯時間を延ばせる。

LEDライト

 

一次改造(ACタイマー設置)

AC-DCインバーターのインバーター出力が50Hzの擬似正弦波のため、タイマー電源は売電から取るタイプが必要と言われたが、そのようなものは量販店 では売っていない。50-60Hzでも作動するというREVEX社のACタイマーがあったのでこれを2007年12月に購入して仮設で試したところ、AC タイマーは誤差なく作動した。中国製の1,580円である。月差は15分という。6時間の停電でも作動するという 。ただこれ自体が1.5Wの内部消費をする。光センサースイッチは取り外した。

ACタイマー 青色はDC-ACインバーター

さてこれだけのことをしてもひどい曇りの日には発電量が定格出力の10%以下になって満タン状態まで電圧が回復しないどころか、内部消費以下になってもイ ンバーターのスイッチを手動で切っても電圧が下がり続けるときがある。これからは満タンの12.8Vになるまでインバータースイッチは手動で切り (MS)、ACタイマーはその間、売電で動かすことにした。

これでバッテリー寿命は6.5年以上とわかったのでタイマーを制御盤内に収納するための配線替えをした。(黄色)

DC-ACインバーターの待機電力20Wを節約するために定格近くで使える効率がよい小型のインバーターがないか探したがない。点灯時間を夜間全域に延ば してかつバッテリー寿命を延ばせるだろう。

実際にはシステム構成図のようにDC電源で動くタイマー(黄色)でDC-ACインバーター入力を制御し、AC電源で動くタイマー(黄色)で実際のランプの 作動時間を独立に制御すれば良いのだ。そうすればバッテリー容量を気にせずに点灯時間を設定でき、不足分は売電で自動バランスできる。

12VのDC電源で動くDCタイマーを探したらOMRONのデジタルタイマ形H5CX-L8Dというものがよさそうだ。1cの接点出力で接点電流5Aが OKとある。8Wの蛍光灯使用時のDC-ACインバーター入力は(49.5W+8W)/12.8V=4.5Aとなり ピッタリだ。価格は11,700円。OMRONのDCパワーリレー形G9EB-1をかませればコイル電流166mAで1aの接点電流25AまでOKと検討 はした。

しかしスイッチ電流がギリギリであることが気がかりでなにもせず3年半が瞬く間に過ぎ、2010年5月、ACタイマーの時計が故障して動かなくなっている ことに気が着く。スイッチは正常。

同じREVEX社のACタイマーを購入。価格は780円に下がっていた。早速使い始めた。50Hzにセットしてあるのだが、1日に2時間早くなる。 グリッド電源にすれば正常な時を刻むので擬似正弦波に含まれる高調波に感応してしまうのかもしれない。

故障したタイマーを分解してみる。同期モーターでギヤを回し、ストーッパーでメカニカルにスイッチを入れる仕掛けと分かる。

分解したAC100V同期モーター・タイムスイッチ

 

二次改造(直流タイマー設置)

とにかく今のシステムはAC、100V同期モーター・タイムスイッチを稼動させるためにインバーターで常時バッテリー電力を20Wを熱にしているだけだか ら、DC12Vで使える照明器具とタイマーを見つけることにした。

船用にDV12Vの蛍光灯が市販されているが、これは室内用だ。DV12Vで作動する電球型LEDランプがあるに違いないとインターネットで探すと長野県 駒ヶ根市にあるオフ・グリッド ・ソーラー社がDC12V 2.4W(50W相当の明るさ)の日亜化学製高輝度LEDを使用した電球型LEDランプ12V-DE26-50MRを3,980円で販売しているのを発見 した。26口径の電球に組み立てているメーカーは潟Aイエール電器で ある。100,000時間の寿命という。

同時にオムロン社製のDC12Vクォーツモーター・タイムスイッチH2F-31表面取り付けを12,390円で販売していた 。中国製の同期モーターが水晶発振器モーターに替わっただけの機械スイッチ式のものである。しかし価格は10倍。数年前はオムロン社製の半導体型スイッチ のものしかなかった。この両方を発注。クォーツモーター・タイムスイッチの消費電力は1W以下である。

これで下図の黄色の部分が実現できる。インバーターは今後大電力出力以外は使用せず、スタンドバイにするつもりである。電灯が直流のため、もはや買電に切 り替えることはできない。

システム構成 (黄色は2次改造のDCタイマー設置、グレーのACタイマーはスタン ドバイとする)

2010年6月6日熊野古道歩きから帰ると、注文しておりた部品が届いたのですぐ配線した。インバーターは未使用状態でも電流が流れているらしく、結線を はずすと火花がでるので完全に切り離した。

いままで使っていた電球型LEDより長いものを買ってしまったため、ソケットを買って、発光点を軒ランプのレンズの焦点に一致させる必要があった。

直流LEDは極性があり、極が逆だと点灯しないことを発見。半導体だから当然といえば当然。ということは交流LEDは半導体製の整流器がついているはず。 LEDは従って直流でこそ効率よく発光するとみた。LED交流で使うのは愚の骨頂なのだ。

夕方7時から明け方5時まで10時間フルに点灯できる。なんといままでの3倍以上だ。この光度は2Wの交流式より格段に明るい。かつバッテリーの電圧低下 は12.86Vから12.63Vまでの電圧降下であったから、いままで通りの放電率20%である。バッテリー寿命は3,000サイクルを確保できる。これ でバッテリー寿命を8年間に伸ばすことができた。

7時間点灯だと12.86Vから12.66Vまでの電圧降下で放電率18%である。雨天で充電量が不足するとき、マニュアル でインバーターから東電に切り替える必要がまったくなくなった。完全自律システムとなったのだ。

後は安全のために電灯系にフューズを切り込むことぐらいか。

ソーラーセル発電する限りにおいて直流家電の優位は予想以上であった。 エジソンはテスラーの交流の利点を理解できなかったと批判されてきたが、時計は逆転しはじめて、交流のメリットは次第に見えなくなるだろう。

 

オフ・グリッドの直流家電

この3年間でようやく直流家電が市場に登場したことを実感した。オフ・グリッド・ソーラー社ではこの他にも直流テレビ、オーディオ・セット、冷蔵庫などを 販売している。まだ直流空調セットは売っていないが、米国のhttp://www.solarpanelsplus.comが ディープサイクル・バッテリーと組み合わせて販売している。バッテリーは使わず潟сm技研http://www.yano-giken.com/documents/tech.htmが 開発して18oCで172kJ/kgの潜熱蓄冷熱ができるCaCl2・6H2Oをプ ラスチック容器にパックした蓄熱ブロックと組み合わせるのが良いのではないか?

 

売電型フルのソーラーセル

家庭用の売電型ソーラーセルについては各種 ソーラーエネルギー発電を参照してください。

2倍額買取制度でこれが最も有利。 ただ今後の展開により電力系統の都合で購入しないこともありうるので投資が回収できないこともありうる。オフ・グリッド運用の用意が必要となる。

 

あとがき

地球温暖化防止とは言わずとも、化石燃料枯渇後の人類が、原子力の危険性を考えれば、風と太陽光は未来の人類がよって立 つエネルギー源であろうと想像される。分散発電はコスト高でも集中発電の大規模停電という脆弱性を補ってくれるセキュリティーシステムともなりうる。ただ 停電時の冷蔵・冷凍庫の消費電力をまかなう容量をもつことはコスト的に無理。そのような非常用電力は、ニューヨークの大停電の経験からみても、携帯用ガソ リン発電機で持つのが良いとおもわれる。携帯用なら、ヨットの空調用とかキャンプにも使えるので一挙両得であろう。これに関しては家庭向け非常発電も併読願います。

自然エネルギーとかかわるということは農民の心がわかるということだと納得した。連日の雨ではバッテリーが空になる。即 ち冷害・凶作。連日の猛暑ではバッテリーが満タンになってこれ以上充電できないと悲鳴をあげる。豊作貧乏というわけ。

グリーンウッド家の本プロジェクトはDIME誌2003.8.7号、特集家庭用電力自給自足”夜明け前”と COMFORT誌2003 No.71 Decemberのインテリアメカ大解剖にも紹介された。

2004年4月18日に読売新聞の西内高志記者が訪ねてきて、取材し、24日の「くらし家庭欄」に「家庭に広がる風力発 電」として掲載された。

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クロアチアの黄色のTシャツ


記者が来るというので前日風車を点検したところ、ハブをシャフトに固定しているネジが緩んでいることを発見。増し締めした。ダブルナットが緩んでいたわけ ではないので組み立てるとき、ハブが充分シャフトにねじ込まれる前にダブルナットを締めたとしか考えられない。増し締めするためには風車を止めなければな らない。停止信号をおくっても風があれば風車はゆっくりではあるがまわり続ける。これを完全に止めるには首を風に対し90度に振らせてやれば停止すること をメーカーから教わった。

もっと安く上げたい人のために

自作が得意で安く上げたい人は http://www.nurs.or.jp/~nemoto/Mono_logue/iH/wt_install.html を参考にしてみてはいかがでしょうか。タービン発電機はSouthWestWindPower社から9万円チョッとで直輸入し、バッテリーは自動車用を転 用、インバータ含めて10万円プラスというところです。あとで6Wのソラーパネルを追加したようです。

ソーラーセルで1軒の電力をまかなうとすれば

ソーラセルはキョーセラ製の97cm x 112cm=1.09m2、出力128W、 117W/m2、エネルギーの転換効率はIEC60904-1 AM1.5放射照度=1kw/m2にたいし 11.7%である。

このセルの月間発電量

=出力(kW/m2) x 24h/d x 31d x ジェオメトリックファクタ x ウエザーファクタ x 利用率 x インバーター効

=0.117*24*31*0.3162*0.4*1*0.93=10.2kWh/m2

となる。

平均的家族の月間消費電力は300-400kWhだから少なめに月間300kWhのセルを設置するとすれば300/10.2=29枚必要になる。

設置面積=29*1.09=31.6m2、5mX6mの屋根が必要となる。1軒の最大出力 = 0.128*29=3.7kWとなります。

現時点で建設単価600円/Wとして3.6*1000*600 = 2,160,000円。5年後に250-150円/Wとすれば900,000-540,000円となる。

過去9年間で学んだこと

バッテリーの寿命は使い方によるが短い。

PVは9年くらいでは劣化しないで新品同様。

風車は外見はぼろぼろだが、けなげに動いている。ただ風車の発電は不安定でPVのほうが電源としては安定している。

PV発電単価はキロワット当たり60円から40円にさがったがまだ23円にはなっていない。

電力事業独占法を無力化させるためにPV発電単価下がるのをひたすら待ちつつソー ラーセル/蓄 冷によるオフ・グリッド空調やオフグリッド直流蓄熱冷凍庫、小さなバッテリーですむ直流LED照明、直流AV機器、直流IT機器などオフグリッド 直流家電構想を練っている段階。

2001/12/23

Rev. September 15, 2010


過去14年間で学んだこと

バッテリーは2014年に2度目のお陀仏。鉛蓄電池は少しでも過放電になると不可逆反応でダ メになる。更新する気力が無くなった。まだ元気なPVをどうしようかと水電解槽を手に入れて使って水素発生したらどうかと市販電解槽を調べたところ 鉛蓄電池程度の価格とわかった。

問題はガスホールダー。太陽工業から大きなポリエステル繊維に塩化ビニール樹脂を両面コートした 丈夫なメンブレンガスホールダーが市販されている。車1台くらいの大きさである。だが七里ヶ浜では台風でとんでしまう。昔は都市ガスの水封式ガスホール ダーがあったのだが。これも図体が大きすぎる。どう考えても水素社会なんて荒唐無稽。鉛蓄電池は少しでも過放電になると不可逆反応 でダメになる。

鉛式を更新する気力が無くなったのだが、代わりに水電解槽を手に入れて、水素発生したらどうかと市販電解槽をしらべたところ鉛蓄電池程度の価格 とわかった。問題はホールダー。太陽工業から大きなポリエステル繊維に塩化ビニール樹脂を両面コートした丈夫なメンブレンガスホールダーは市販されている。車1台くらいの大きさだ。七里ヶ浜では台 風でとんでしまう。昔は都市ガスの水封式ガスホールダーがあったのでが。これも図体が大きすぎる。

どう考えても水素社会なんて荒唐無稽。NHKと官僚のお頭の程度が天秤にのっている。

February 7, 2015

過去18年間で学んだこと

PV発電単価はキロワット当たり16円になった。

風車の軸が固着して動かなくなった。バッテリーは容量が小さくなったまま生きてはいる。

キョーセラ製ソーラセルを支持枠に固定する塩ビ製の治具4個の内1個が千切れた。3個でも台風21号はしのげた。荷物梱包用プラスチック紐で応急処置。2018/9/30の台風24号の強風でもう一つの治具もこわれた。



台風24号の強風で壊れたソーラセルを支持枠に固定する塩ビ製の治具


台風24号で風車のセンターナセルが離脱、行くへ不明

第一段階としてもう動いていない風車とそのポールを撤去予定。ソーラーセルはステンレス架台と物置小屋の屋根と結ぶ塩ビ製治具の様子見。

October 2, 2018


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